為什麼光沿直線傳播？
之前看到一個小說裡面說從量子上來說沿不同方向傳播的光相互抵消所以最後是沿直線傳播的，不懂……
光為何走直線？
首先，量子力學中，一個事件的概率的表示方法，就是以一個箭頭為邊的正方形的面積來表示。箭頭的長度對應概率振幅。
第三，我們假設光子向各個方向運動的概率是相等的，那麼從空間S點到P點，有無數的路徑，光子從S沿不同路徑到達P點的概率都相同，也就是箭頭的長度都相同。
第四，關於箭頭的方向，由於光在空中以波的形式無處不在，當其疊加時就會出現自我干涉現象，這是一種概率波干涉，即相位角相同就會加強，相反就會抵消。而相位角度正是我們需要的箭頭角度，而箭頭的方向旋轉也正對應著波動周期，也就可以將箭頭視為時鐘的一個指針，時鐘的周期正是光走完一個波長距離所需的時間。換句話說，是光子的運動時間決定了概率箭頭的方向，它們長度相同，方向不同。
那麼，我們假設光子是從左S至P，有無數條路徑，為了方便討論，只考慮二維情況，暫把SP連線兩側分成一定數量的小間距，而且對每個間距內僅考慮一條光路。當小間距很小，就能反映出更多的光路。
現在我們把在這種情況下，光能走的每一條路徑畫一個小箭頭。每個小箭頭都有一定的長度和方向。多長呢？每一個光子來說，它走的任何一個光路的可能性都幾乎相同。這樣，所有小箭頭的長度都幾乎一樣。
但由於各光子的計時不同，它們的方向則不同——一個箭頭的方向是由測定光子沿著某特定路徑運動所需時間的周期指針的位置來決定的。如果一個光子途經G點一定比途徑A點快很多。
下圖可以確定每條光路所對應的箭頭方向，豎軸表示光走這條路所需的時間。所需時間越長，圖上的點也就越高。從左端開始，光子途經A這條路所需的時間相當長，經過G點的時間最短，然後M點的光路又最長。
那麼，這些小箭頭的方向意味著，一個特定箭頭的方向對應著光子從S到P沿著該路線所需要的時間。路徑A用的時間最長，它的箭頭指向某個方向。路徑B用的時間與路徑A不同，所以它的箭頭方向也不同。路徑F、G和H箭頭指向幾乎相同的方向，因為它們用的時間相差不大。對稱的，路徑J，它的箭頭與路徑D的箭頭就有相同的方向。
把這些小箭頭加起來。從箭頭A開始，我們把這些箭頭一個一個頭尾相接進行矢量合成。A和M附近的路徑箭頭疊加後，由於方向差的較多，互相抵消了。但是經過G點附近的路徑時間相差不大（我們所設每條路徑中點間隔相等，這樣M和L路徑長度之差，就要遠大於G和H路徑程差），箭頭方向大致相同，則箭頭沒有抵消反而加強。這樣，合成後的最終尖頭，取決於箭頭的方向，而箭頭的方向取決於光路所耗的時間，光程差較大的，也就是離SP連線較遠的光路，箭頭由於方向不一，相互抵消。而靠近SP聯線的箭頭方向一致，疊加後加強，最終箭頭很長。而最終箭頭長度的平方就是光子走這條路徑的概率。隨著細分逾強，這種趨勢越精確明顯。最終趨勢，光子經過SP連線的G點光路的概率接近與1，而經過其它光路的概率趨近與零。所以，同一均勻介質里，光子走直線。向我最敬佩的精彩絕倫的費曼先生致敬。光是波，其實波怎麼運動，並不能完全用我們對於一輛車，一個人或者是任何其它我們生活中的經驗描述的。比方說，當我在房間里說話，你說聲音是從哪裡發出來的，這是可以的。但是你要問聲音在哪兒？這就不好說了，因為房間里你在任何一個位置都可以聽到我的聲音。
因此描述波在哪裡，就很不合適。那麼我們還要藉助經典的粒子比方車運動的軌跡來說明更不合適了。這就類似於霧霾天，你不好說霧霾在具體哪個點上，只能說這一片都有。
對於這樣一團彌散的波，你說它直線運動，顯然很不合適，並且實際上也並不是直線運動。只是恰巧某些地方波的強度比其他地方都強，我們順著這些最強的地方看，有可能是一條直線。這就是我們生活中經常看到的，所以就有了光為啥沿直線傳播。這不過是光運動中比較特殊的一些區域而已。
我看已經有人用最小作用原理和干涉衍射說過了，我就不具體在用數學解釋了。我主要是想回到最根本，想一下我們在說波的時候，跟我們說車子椅子凳子是不一樣的，所以有些概念你得小心使用。這樣才有可能真正找到問題的答案。
根據對稱性可以回答，在真空中，光沒有理由不走直線。因為如果光不走直線，它必須向某個方向拐彎，但是根據對稱性各個方向都是等價的，那麼光為什麼能向某一個方向拐彎而不向另一個方向拐彎呢？所以光不可能拐彎，因為垂直於光運動的每個方向都是等價的，所以光只能走直線了。
首先，光並不是直線傳播，而是沿最快路徑傳播。如果在你具體的場景中最快路徑不是直的，那麼光就不是直的，很多情況可以造成這個現象，從廣相的角度嚴格說來，沒有任何光線是直線傳播的，因為沒有任何空間是絕對平直的，但所有的這些光線都是對其自身來說最快的路徑傳播。
至於為什麼光沿最快路徑傳播，一個比較簡單的解釋就是：光其實同時沿所有可能的方向傳播，只不過最快路徑上的那一條路徑最先被觀測，其波函數也就最先坍縮。——這意味著我們只能觀測到沿最快路徑傳播的光，沿其他路徑傳播的光無法被觀測到。
只要介質是均勻的，直線傳播是波動方程在衍射模式下的必然結果，幾乎所有的波都是能直線傳播的。所以，這是個數學問題。
如果算上衍射，你也可以認為它不一定沿直線傳播。。。。
因為要滿足費馬原理。進一步說，利用費馬原理推到出來的最小作用量的路徑是條直線。「自然總是選擇最簡單方式」
從物理光學上說，光是電磁波，是麥克斯威方程的解。可以是球面波，也可以是平面波等多種形式。解麥克斯威方程是解微分方程，得到的是一類函數。在平面波下就是你所理解的直線傳播了。從幾何光學中講是費馬原理。光走極值路徑。
質量告訴時空如何彎曲，時空告訴光線如何運動！
你以為光沿直線傳播，那可不一定啊！
量子方面我不太懂，但是如果是經典物理學的話還是比較好解釋的。
從粒子角度出發，光子在不受外力作用的前提下，維持運動狀態不變（也就是勻速直線運動）
從波動角度出發，靠惠更斯原理也可以解出來光波在均勻介質里沿直線傳播這個結論……
量子力學說的沿非直線方向抵消在數學上有十分嚴格的定義對應於一種稱為漸進積分的技術漸進積分簡單的說就是對波這種對象進行積分計算的一種技巧
漸進積分告訴你當波頻率很高的時候 大部分方向的積分值都由於高頻震蕩而抵消 只有駐點處不會抵消 而駐點剛好對應於斯涅爾定律的路徑 當只有一種介質時就是直線 如果有多種介質就是根據折射定律確定的路徑
除了這個駐點路徑外 其他方向聲波的貢獻都特別小可以忽略少了個前提，在均勻介質中。
光不是沿著支線傳播啊，因為能被引力場扭曲，會拐彎的
https://www.quora.com/Why-does-light-travel-in-a-straight-line
Nice question. Got me scratching my head for a while.
This was something I came across when I was reading about Radio waves. It seemed befitting.The theory goes this way:Light is an electromagnetic radiation which does not pose any requirements of a medium to propagate. Light is a transverse wave, which means that it oscillates perpendicular to the direction of propagation.
www.glogster.com
Electromagnetic waves are formed from a combination of vibrations of the electric and magnetic fields. These electric field (E) and magnetic fields (H) vibrate at right angles to each other. In this way, the electric fields and magnetic fields have an integral relationship, and neither one exists independently of the other.
Based on this understanding,1. Let"s say for example an electric current is passed through a wire, a magnetic field is produced around it. (This is given by the Right hand screw rule)2. To compensate this, an electric field is generated in the direction of blocking a change in the magnetic field.3. To compensate this, a magnetic field is generated in the direction of blocking a change in the electric field.and this cycle goes on, leading to the formation of electric and magnetic fields repeatedly causing a propagation of the wave.
Radio technical reference Design guide
The source of the first field could be something else too (not just current through a wire). However, the successive fields produced (as per its existence) are always perpendicular to each other. As a result, it will propagate straight.How about that !!
粘一下我在一門公選上聽到我們系老師的說法。
當時其實在講的是費馬原理，老師就在問我們為什麼光沿直線傳播。就我對量子力學極其粗淺的理解光向哪裡傳播是不確定的，只是宏觀表徵上只有直線方向上是有光的，其它方向都被自身干涉掉了。
但這種理解還是按照經典的絕對空間來的。本身並沒有給出一個關於直線和光路徑的邏輯關聯。按照老師的意思我覺得就很好:我們將空間中兩點最近的路徑定義為直線，而光是會按照最短路徑走的，並不是邏輯上光遵循著直線，而是我們將光的路徑定義為直線。我覺得挺有道理，等我下學期肝完量子物理再看這個答案。只能說一定環境下光沿直線傳播
這個問題真的是沒有辦法回答。是觀測到的多數情況就是這樣，而且還有其他情況不是直線傳播的。物理中不是所有現象都是可以給出證明的，我認為這是一門觀測與實驗，還有結合我們現有理論來進行解讀的學科。你發現了沒有，幾乎所有的回答都好像是在用所得出的結論來證明條件。就好像在問為什麼兩個有質量物體會有萬有引力你給出了萬有引力公式之後說因為這個公式所以萬有引力是這個方向這麼大。對於基本的概念和現象，是沒有辦法進行證明的，至少我是這麼認為的，只能說，它就是這樣的，在我們這個世界它就是這樣的。也許在其他世界其他宇宙光是轉圈傳播的，那自然會產生其他的事實與完全不一樣的科學，但我們的世界，光，直線傳播。物理中一切的經驗，定理，都是建立在已觀察到的現象框架上，要拿這些定理來反過來證明框架這是證明不出來的。只能說，觀測結果如此.
我個人認為直線就是光的傳播定義的……
因為大自然有選擇困難症。你讓他從無數的軌跡中指定一條光線的路徑，他也會覺得抓耳撓腮，手足無措。最後索性兩手一攤，簡單粗暴的說，你們就都走最短的一條吧。。。
我想通俗一點的說，可能並不嚴謹。光具有波粒二象性，頻率高的時候更像粒子，低的時候更像波動。一般生活中其實光更像粒子一些，ray tracing theory，所以主觀像直線一樣傳播。
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